牛奶对小麦特二粉面筋聚集特性及显微结构的影响

乔志航，赵龙源，王如梦，王雍清，马金婷，王杭，李海峰，王金水，贾峰

（河南工业大学生物工程学院，河南 郑州 450001）

特二粉面团形成的面筋筋力适中，适合制作馒头和面条等主食[1-2]，但其面团形成的面筋筋力制作面包时需要添加改良剂[3]，制作饼干时需要较低筋力的面粉[4]。牛奶中富含多种蛋白质及人体必需的8 种氨基酸，其中一些活性成分对人体免疫调节和慢性基础病预防具有重要作用[5-6]，能抑制血管紧张素转化酶降低血压[7]、降低心血管疾病等。另外，大多数动物乳汁均含有可对抗多种微生物的乳铁蛋白，具有消除疲劳、提高体能的功效[8]；Hu 等[9]研究发现，硫酸乙酰肝素蛋白多糖作为SARS-CoV-2 的一个附着因子，乳铁蛋白可以结合该多糖，从而阻断病毒附着到宿主细胞，对病毒具有一定的预防和抑制作用；在烘焙食品中，乳清可强化营养、改善风味及品质[10]。研究表明，牛奶添加到面粉中可提高面筋的硬度，尤其是低筋粉的面筋硬度，并有助于提高面筋的黏弹性，特别是面筋的黏性[11]。Zhou 等[12]研究发现乳清蛋白会显著影响面团的结构和面包的质量。将牛奶中呈胶体状球形结构的酪蛋白及牛奶蛋白衍生的活性肽加入到特二粉中，它们可以在水合作用下参与面团面筋的形成[13]。同时，牛奶的增加可引起面筋聚集特性的改变及面团的形成，进而影响面制品的品质。

面粉面团的特性常见的采用吹泡仪、粉质仪和拉伸仪检测面团的流变学特性等指标反映面粉的品质[14-15]；或者采用质构仪等检测面团的质构特性指标反映面团的特性反映面粉的品质[16-20]。这些仪器一般需要200～300 g 面粉，或者检测操作比较繁琐用时较长，不利于快速检测。目前，面筋聚集仪原理是利用高剪切力快速形成面筋网格结构并迅速破坏[21]，一般需要面粉8～10 g，测试时间3～5 min，样本用量较少，可快速分析小麦面筋聚集特性[21]，其主要包括峰值时间（peak maximum time，PMT）、峰值扭矩（Brabender equivalents maximum，BEM）与能量面积等指标，可间接反映面筋的品质特征[22]，也可间接评价面团的品质[5-7]。综上所述，小麦粉面筋蛋白聚集特性可作为快速评价面团品质的一个间接指标[23]，也可作为间接反映面条和馒头等最终产品的加工特性和食用品质的指标。

通过分析添加牛奶对特二粉面团特性的影响，能够扩展其面粉的适用范围，提高其面粉的应用价值。但是，目前研究牛奶对其面筋聚集特性的研究较少。因此，本试验探究不同牛奶添加量对小麦特二粉面筋聚集特性的影响，以及面筋聚集过程中的湿面筋含量、蛋白含量及面筋显微结构的变化，以期为提高小麦粉面团特性与面制品质量提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

特制二等小麦粉（特二粉）（能量：1 508 kJ/100 g，蛋白质：12.2 g/100 g，脂肪：1.6 g/100 g，碳水化合物：73.0 g/100 g）：五得利面粉集团有限公司；纯牛奶：山东省济南伊利乳业有限责任公司；无碘食盐（NaCl）：中盐皓龙有限责任公司；乙醇：上海信帆生物科技有限公司；十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate，SDS）：南京森贝伽生物科技有限公司；碘化钾：北京百奥莱博科技有限公司。所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

GlutoPeak 面筋聚集仪：德国布拉本德公司；Nikon E200MV 显微镜：南京尼康江南光学仪器有限公司；MX-E 固定混匀仪、D1524R 高速离心机：大龙兴创实验仪器北京股份公司；FA1104N 电子天平：上海精密科学仪器有限公司；Nano Drop2000 超微量紫外分光光度计：赛默飞世尔科技有限责任公司。

1.3 试验方法

1.3.1 特二粉面团面筋聚集特性参数的测定

面筋聚集仪采用水粉比为9∶8（mL/g），溶液为9 mL，特二粉为8 g，将牛奶分别按照0、1、2、3、4 mL 添加到面粉中，加水时将牛奶中的水分抵消以保持不同处理的水分含量在9 mL，混合搅拌7 次左右，再进行面筋聚集检测。根据预试验选取添加1 mL 牛奶进行面筋聚集过程、面筋含量、蛋白质组分含量及显微结构分析。面筋聚集仪检测条件：温度设定为25 ℃，测定时长为300 s，转子转速为2 500 r/min 时，分别记录峰值时间（PMT）、峰值扭矩（BEM）、启动能量（S1）、稳定能量（S2）和聚集能量（S3）。

1.3.2 面筋聚集过程5 个关键点的选取

根据面筋聚集过程中扭矩和时间的变化情况见图1，分别选取以下5 个典型的点进行检测：A 点为扭矩的上升期与平稳期的交点；B 点为扭矩的平稳期与快速上升期的交点；C 点为扭矩的快速上升期与快速下降期的交点；D 点为扭矩的快速下降期与缓慢平衡期的交点；E 点是最终达到平衡期的终点。能量根据聚集特性，又分为三部分：启动能量（S1）是零点到A 点所需要的能量；稳定能量（S2）是A 点到B 点所需要的能量；聚集能量（S3）是B 点到C 点后15 s 处所需要的能量。

图1 面筋聚集过程5 个关键点的选取Fig.1 Selection of five key points in gluten aggregation process

1.3.3 特二粉面团湿、干面筋含量的测定

面筋聚集过程中分别取A～E 点5 个点检测湿面筋和干面筋含量。湿面筋含量检测参考GB/T 5506.2—2008《小麦和小麦粉面筋含量第2 部分：仪器法测定湿面筋》。湿面筋和干面筋含量计算公式如下。

式中：S 为湿面筋含量，%；G 为干面筋含量，%；M0为特二粉质量，g；M1为水的质量，g；M2为湿面筋质量，g；M3为取样面团质量，g；M4为干面筋质量，g。

1.3.4 特二粉面团蛋白质组分含量的测定

小麦面团中水溶蛋白、盐溶蛋白、醇溶蛋白、SDS可溶性麦谷蛋白的提取、检测与含量计算参考贾峰等[1]的方法进行。其中，SDS 可溶性麦谷蛋白为表述方便，以下简称麦谷蛋白。

1.3.5 特二粉面筋聚集过程中面团显微结构观察

选取A～E 点的面团样品，制成显微观察玻片，使用显微镜分别观察40×、100×、400×下的面筋蛋白网络结构及淀粉颗粒的分布情况。

1.3.6 淀粉颗粒直径的检测

分别选取A～E 点处400×的面团样品显微照片，利用显微镜的软件ISCapture，使用测量线检测淀粉颗粒直径，每个图片中淀粉颗粒从大到小取6～10 个进行直径测量，计算平均值。

1.4 统计分析

所有试验数据最少进行3 次重复。结果采用Microsoft Excel 2019 进行统计分析，计算平均值；使用CORREL 函数进行相关性分析。采用SPSS 27.0 的Duncan's multiple range test 进行显著性分析，显著性水平为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 牛奶对面筋聚集特性的影响

牛奶对特二粉面筋聚集特性过程中的变化如图2所示。

图2 牛奶对面筋聚集特性的影响Fig.2 Effect of milk on the aggregation characteristics

由图2 可知，添加牛奶组与对照组比较发现，添加了牛奶可使面筋聚集特性更加稳定，这是由于酪蛋白容易形成胶团状的网络结构，且在维持稳定方面，k-酪蛋白发挥着由为重要的作用[24]。随着牛奶添加量的增加，峰值扭矩呈现上升的趋势，峰值时间则呈现下降趋势。添加牛奶可以加快面筋聚集的形成过程，同时也可以使面筋强度得到加强。推测可能是牛奶中的蛋白质与醇溶蛋白和麦谷蛋白通过H 键和范德华力以及共价键等其他静电相互作用的协同作用，有利于面筋的形成[13]。

2.1.1 牛奶对面筋聚集特性PMT 的影响

牛奶对特二粉面筋聚集特性PMT 的影响如图3所示。

图3 牛奶对特二粉面筋聚集特性PMT 的影响Fig.3 Effect of milk on PMT in aggregation characteristics of gluten of second-grade wheat flour

由图3 可知，当未添加牛奶时，面筋聚集特性PMT值最大为87.50 s；当添加1 mL 牛奶时，PMT 值相比对照组缩短了14.50 s，下降比例为16.57%；随着牛奶添加量的增加，PMT 值呈线性下降，牛奶添加量与PMT值之间的关系符合负相关关系y=-10.85x+96.05（R2=0.985）。推测牛奶中酪蛋白具有的胶束作用提高了面粉中面筋蛋白的面筋聚集速度，使PMT 下降[25]。

2.1.2 牛奶对面筋聚集特性BEM 的影响

牛奶对特二粉面筋聚集特性BEM 的影响如图4所示。

图4 牛奶对特二粉面筋聚集特性BEM 的影响Fig.4 Effect of milk on the BEM in aggregation characteristics of gluten of second-grade wheat flour

由图4 可知，牛奶添加量为0 mL 时，面筋聚集特性BEM 值最小，为46.50 BU；当牛奶添加量为1 mL时，BEM 值随之增加，牛奶添加量与BEM 值之间的关系符合正相关关系y=4.15x+42.25（R2=0.976）。推测牛奶中的乳清蛋白逐渐凝胶化，强化了与面粉中面筋蛋白结合的力量，增大面筋聚集的扭矩值[26-27]。

2.1.3 牛奶对面筋聚集特性中能量的影响

牛奶对特二粉面筋聚集特性中能量的影响如表1所示。

表1 牛奶对面筋聚集过程中能量的影响Table 1 Effect of milk on the energy during gluten aggregation

由表1 可以看出，牛奶添加量为0 mL 时，能量面积S1有最小值73.20 cm2；牛奶添加量为4 mL 时，能量面积S1有最大值为122.15 cm2，S1与牛奶添加量呈正相关。牛奶添加量为1 mL 时，能量面积S2有最大值616.05 cm2，牛奶添加量为4 mL 时，能量面积S2有最小值112.95 cm2，S2与牛奶添加量呈负相关。牛奶添加量为4 mL 时，能量面积S3达到最大值1 638.60 cm2，未添加牛奶时，能量面积S3有最小值1 204.00 cm2，S3与牛奶添加量呈正相关。

2.2 牛奶对干、湿面筋含量及蛋白含量的影响

牛奶对干、湿面筋含量及蛋白含量的影响如表2所示。

由表2 可以看出，牛奶组和对照组在A 点时湿面筋含量分别为9.18%和11.59%，B 点时均达到最高值，分别为14.20%和20.56%。B 点之后的湿面筋含量开始急剧下降；添加牛奶的C、D 两点能够洗出少量的湿面筋，原因可能是牛奶中酪蛋白胶束之间具有相互作用[25]，增加了面筋蛋白之间的相互作用力，虽然面筋的网络结构非常脆弱，但尚可洗出一部分面筋。牛奶组和对照组在A 点时干面筋含量分别为3.03%和4.11%，B点时均达到最高值，分别为4.93%和5.10%。结果表明，添加牛奶可提高面团中湿面筋的含量。

添加牛奶1 mL 后，水溶蛋白含量呈上升趋势，在A 点时水溶蛋白含量最低，在E 点时水溶蛋白含量最高；盐溶蛋白含量变化呈波浪式，先升高后降低再升高再降低，B 点含量最高，C 点最低；醇溶蛋白含量在D 点之前持续增加，在D 点处达到最高，之后又降低；麦谷蛋白含量在A 点时最高，然后逐渐下降，到D 点时麦谷蛋白含量最低，E 点又升高。添加牛奶使可提取的4 种蛋白质含量均有所增加，其中，醇溶蛋白提取总量明显增加，比对照组增加2.98 倍，由此表明，添加牛奶能改变蛋白质的溶解性。

2.3 牛奶对面团的显微结构的影响

牛奶对面团的显微结构的影响如图5 所示。

图5 牛奶对面筋聚集过程中面团显微结构的影响Fig.5 Effect of milk on dough microstructure during gluten aggregation

由图5 可以看出，牛奶组A 点处的淀粉颗粒与面筋蛋白分布不均匀，且有部分淀粉颗粒未被面筋蛋白包覆，表明其网状结构疏松面筋蛋白网络尚未形成；未添加牛奶时，淀粉颗粒裸露在面筋结构表面的更多，面筋网络结构更加不明显；B 点时面筋蛋白的网状组织疏松，但淀粉颗粒排列比较均匀，少量的面筋蛋白包住了淀粉，但二者的分布不均衡，只有少量的蛋白质网状结构形成；C 点时面筋蛋白网格结构成熟紧实，淀粉颗粒均匀散布面筋蛋白之间，蛋白质网格结构建立；D 点时蛋白质的网状结构没有明显的改变，淀粉粒子的分布逐渐分散，部分面筋网络开始断裂，但大部分仍保持完整；在E 点蛋白网络结构依然完好，淀粉粒子有一定程度的破碎，但分布比较均匀，面筋网络视觉上保持良好的状态。结果表明，添加牛奶有利于面筋网络结构形成和面筋蛋白分布更加均匀。

2.4 牛奶对淀粉颗粒直径的影响

牛奶对淀粉颗粒直径的影响如图6 所示。

图6 牛奶对淀粉颗粒平均直径的影响Fig.6 Effect of milk on the diameter of starch

由图6 可以看出，淀粉颗粒的平均直径总体呈下降的趋势，从A 点到B 点淀粉颗粒的平均直径下降明显，而B 点到E 点的淀粉颗粒的直径变化不明显。添加牛奶处理均比对照组的淀粉颗粒的平均直径大，表明牛奶的添加能有效保护淀粉颗粒的破损，特别是在面筋聚集的初期，可有效减少淀粉颗粒的破损。

3 结论

结果表明，随着牛奶添加量的增加，面筋聚集特性的PMT 逐渐减小，呈负相关关系，说明牛奶的添加加快了面筋的形成，缩短了面筋聚集时间；BEM 逐渐升高，呈正相关关系。S1和S3与牛奶添加量呈正相关，S2与牛奶添加量呈负相关。添加牛奶可增加面团中湿面筋的含量并且能提高4 种蛋白可提取的含量，其中，醇溶蛋白的提取总量明显增加，比对照组增加2.98 倍。添加牛奶使面筋蛋白与淀粉颗粒分布更均匀，在面筋聚集的初期可有效减少淀粉颗粒的破损。